Effet de serre, CO2 et rétroactions

[yves25]

Il y a une définition précise de forçage et rétroaction dans le dossier que je citais plus haut. Tu devrais au moins lire le début.

Pour résumer:
le forçage, c'est une contrainte (plus d'énergie mise dans le système ou moins bien sûr)
le couplage , c'est simplement des interactions entre les divers sous systèmes du système climatique et il n'est pas nécessaire d'avoir une contrainte il y a couplage et il y a des oscillations parce que ces couplages ne sont pas rigoureusement constants pour des tas de raisons (ne serait ce que la variation saisonnière, la distance terre-soleil + des tas d'autres choses pas forcément toutes bien connues, d'où une variabilité mal connue et éventuellment chaotique)
la rétroaction , c'est une réponse d'un paramètre du système , réponse à un forçage: on exerce une contrainte, il ya qq chose qui se passe et une action en retour qui amplifie ou réduit le forçage initial
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[yves25]

(Et Yves précédemment)


Mais je me demande si ce que je dis est correct, en fait, j'ai du mal à le formaliser. Est-ce que cela change quoi que ce soit, ces flux thermiques océan-atmosphère ? Pour donner un exemple concret, est-ce qu'à l'arrivée d'un run 2xCO2, il serait envisageable d'avoir tantôt + 3°C en surface et peu de hausse du niveau des mers (car peu de diffusion de chaleur en océan profond) ou +2°C en surface et bcp de hausse du niveau des mers (car bcp de diffusion de chaleur vers l'océan profond) ? Cette dernière question illustre sans doute mieux ce que j'ai à l'esprit. (Mais on est d'accord, ce n'est pas de la rétroaction proprement dit, c'est simplement de savoir où va se dissiper l'énergie en surcroît dans le système, énergie due au forçage et à ses rétroactions).

Non: par définition quand tu es à l'équilibre, ça a diffusé partout. Peut être que ça prendra un temps très long ,d'ailleurs il n'y a jamais vraiment d'équilibre en fait. C'est forcément artificiel: ça dit si on applique telle contrainte suffisamment longtemps et celle là seulement (ou plusieurs) on aura tel delta T par rapport à ce qu'il y aurait avec le climat moyen actuel.

[invite78d2ef62]

Pour ceux que cela intéresse, j'ai trouvé une description de la procédure "slab ocean" dans un modèle 2xCO2.
http://www.gfdl.noaa.gov/~tk/Slab_Mo...umentation.htm

Bon, malgré la réponse récente de Yves, j'ai tjrs quelque difficulté à me représenter une chaleur "diffusée partout", vue la capacité calorifique des océans. Mais en fait, si je comprends bien, l'atmosphère s'équilibrant bcp plus vite que les océans, c'est assez indifférent pour la sensibilité climatique de voir comment ceux-ci vont absorber lentement le flux thermique et le diffuser. Ce qui compte, ce sont les phénomènes de surface au temps de réaction assez rapide. D'autant que l'équilibre est une clôture du run, mais pas vraiment un état physique réel car il y a tjrs des déséquilibres.

(Pour revenir aux rétroactions, je signale ceux le papier de Santer et al 2007 signalé par Yves plus haut est en libre accès, il suffit de cliquer sur l'onglet pdf sur le côté à droite).

[invite78d2ef62]

Sur Santer 2007 (Identification of human-induced changes in atmospheric moisture content, PNAS, 2007, 104, 39, 15248-15253)

SSM/I est plus fiable que les précédents systèmes TOVS et SMMR pour intégrer les données vapeur d'eau de basse troposphère, mais cela a pour défaut de commencer en 1988. Donc, l'analyse est limitée à 1988-2006, avec le Pinatubo 1991 au départ et le Nino 1998 au milieu.

Quand on voit le graphique (image ci-dessous), on constate une forte hausse jusqu'en 1998-99, puis une stagnation après (il s'agit de la courbe noire commençant à la fin en haut, la courbe rouge étant l'analyse multimodèle, le nuage orangé les marges d'erreur de la courbe rouge à 1sigma, le nuage gris à 2sigma). On constate également qu'il existe une variabilité interannuelle assez forte.

Cela me semble quand même super-court pour faire une attribution-détection (l'objet de l'article) et déduire que les 19 ans d'augmentation de la quantité totale de vapeur d'eau [W] sont liés aux GES anthropiques. Par ailleurs, les auteurs considèrent que le bruit de la variabilité naturelle est correctement simulé par les modèles, mais on voit que ceux-ci trouvent une réaction trop forte à la baisse pour Pinatubo 91, et trop faible à la hausse pour Nino 98. En plus, la reproduction des simulations s'arrête en 2000, alors qu'il serait intéressant de voir ce que cela donne pour 2000-2006, quand [W] devient plus sage.

Image : Fig. 1, Santer et al., PNAS 2007, réf. ci-dessus

[invite78d2ef62]

PS : Sur le même thème que Santer et al. 2007, je signale ce papier de Trenberth et al. 2005 dans Climate Dynamics. Il concerne également les analyses de la vapeur d'eau intégrée sur toute la colonne atmosphérique (globale et précipitable, donc), y compris les données SSM/I de Santer 2007.

En le lisant, on voit que les auteurs sont plus prudents sur l'interprétation de la VE totale et insiste sur le facteur de variabilité des SST, dominée par El Nino (les deux premiers facteurs de variance en EOF). Il n'y a pas ici d'attribution-détection par les modèles

Trenberth, K. E., J. Fasullo, L. Smith, (2005), Trends and variability in column-integrated water vapor, Clim. Dyn., 24, 741-758.

Lien, pdf, anglais (article complet) :
http://www.cgd.ucar.edu/cas/Staff/Fa...sulloSmith.pdf

[yves25]

Sur Santer 2007 (Identification of human-induced changes in atmospheric moisture content, PNAS, 2007, 104, 39, 15248-15253)

SSM/I est plus fiable que les précédents systèmes TOVS et SMMR pour intégrer les données vapeur d'eau de basse troposphère, mais cela a pour défaut de commencer en 1988. Donc, l'analyse est limitée à 1988-2006, avec le Pinatubo 1991 au départ et le Nino 1998 au milieu.

Quand on voit le graphique (image ci-dessous), on constate une forte hausse jusqu'en 1998-99, puis une stagnation après (il s'agit de la courbe noire commençant à la fin en haut, la courbe rouge étant l'analyse multimodèle, le nuage orangé les marges d'erreur de la courbe rouge à 1sigma, le nuage gris à 2sigma). On constate également qu'il existe une variabilité interannuelle assez forte.

Cela me semble quand même super-court pour faire une attribution-détection (l'objet de l'article) et déduire que les 19 ans d'augmentation de la quantité totale de vapeur d'eau [W] sont liés aux GES anthropiques. Par ailleurs, les auteurs considèrent que le bruit de la variabilité naturelle est correctement simulé par les modèles, mais on voit que ceux-ci trouvent une réaction trop forte à la baisse pour Pinatubo 91, et trop faible à la hausse pour Nino 98. En plus, la reproduction des simulations s'arrête en 2000, alors qu'il serait intéressant de voir ce que cela donne pour 2000-2006, quand [W] devient plus sage.

Image : Fig. 1, Santer et al., PNAS 2007, réf. ci-dessus

Plusieurs remarques nécessaires

1 la critique est facile...etc. Pourquoi ça s'arrête en 2000? L'approche consiste à utiliser un ensemble de modèles. Les auteurs ont utilisé ce qui était disponible, cad un exercice d'intercomparaison de modèles (PCMDI/WCRP) Ces exercices sont extrêmement lourds à mettre en place et, évidemment, on ne les refait pas tous les 6 mois ou pour tout nouvel article. Au contraire, on met ainsi à disposition une base de données qui est ensuite exploitée pour des tas d'applications pas forcément prévues au début.
Je suis conscient que dire cela ne rallonge pas la durée de l'expérience mais il me semble que c'est un facteur pratique important à garder en mémoire.

2 l'approche de Santer et al ne se résume pas à produire une courbe et à la regarder . Tu es passé sans doute très vite sur la partie qui concerne les empreintes (fingerprints). Il s'agit de voir comment se répartit spatialement cette tendance et comment cette distribution spatiale est reproduite par les modèles. Il y a là beaucoup plus que la comparaison à vue de nez de deux courbes. (T'es bien un naturaliste!)

Ceci dit,ça reste à confirmer, détailler et surtout à préciser la distribution verticale de cette augmentation W

[invite78d2ef62]

(...)
2 l'approche de Santer et al ne se résume pas à produire une courbe et à la regarder . Tu es passé sans doute très vite sur la partie qui concerne les empreintes (fingerprints). (...)

C'est peut-être par manque d'habitude, mais je n'arrive pas à trouver cette partie très convaincante. La schéma ci-dessus reproduit la signature spatiale de [W]. En A, toutes empreintes confondues, en B empreinte anthropique seulement, en C et D le "bruit", en E l'observation 1988-2006 par SSM/I, en F le temps de détection d'une empreinte selon le ratio signal-bruit (en l'occurrence exemple de l'empreinte anthropique).

J'ai un peu de mal à interpréter ces graphiques : ils montrent tous un [W] qui augmente aux tropiques plus qu'au moyenne et hautes latitudes. Le signal anthropique ne se détache pas spécialement du lot. (J'ai essayé de charger les Supporting information qui détaillent ces questions, mais c'est en format inconnu pour ma bécane ; donc, j'interprète en effet "à vue de nez").

Mais bon, pour un modélisateur, c'est peut-être très parlant. De toute façon, le béotien n'a pas grand chose à commenter dans ce genre d'attributions-détections des modèles (à part les modélisateurs eux-mêmes, j'imagine qu'il n'y a pas grand monde pour aller voir les lignes de code et dire : "ah là, si vous variez légèrement ce paramètre, cela va changer la significativité de votre résultat").

Image : extrait de Santer 2007, PNAS.

[yves25]

Mais bon, pour un modélisateur, c'est peut-être très parlant. De toute façon, le béotien n'a pas grand chose à commenter dans ce genre d'attributions-détections des modèles (à part les modélisateurs eux-mêmes, j'imagine qu'il n'y a pas grand monde pour aller voir les lignes de code et dire : "ah là, si vous variez légèrement ce paramètre, cela va changer la significativité de votre résultat").

Image : extrait de Santer 2007, PNAS.

Tu sais bien que c'est pas comme ça que ça se passe. En fait quelqu'un va faire qq chose de proche et comparer ses résultats avec ceux de ce papier. S'il trouve une tendance différente, on en parlera de plus en plus, une mini polémique va naître et c'est à ce moment que les auteurs remettront le nez dans leur programme si nécessaire . Je vois bien Spencer et Christie refaire qq chose de semblalble et si ce n'est eux c'est donc leur frère.

De toute manière la question de la variation de la vapeur d'eau est tellement centrale que ce n'est pas un papier qui y suffira. Par exemple, on en saura beaucoup plus sur la vapeur d'eau en altitide avec les sondeurs comme AIRS (interféromètres) mais il faudra attendre un peu (lancé sur AQUA fin 2002).

[invite78d2ef62]

Si on revient un peu sur la vapeur d'eau au-delà de Santer 2007, je pense qu'il faut d'abord rappeler le principe de base pour ceux qui l'ignorent.

Plus l'air est froid, moins il peut contenir de vapeur d'eau et inversement (relation de Clausius-Clapeyron). Donc, le forçage chauffe la surface et l'atmosphère, favorisant l'évaporation, le volume de vapeur d'eau s'accroît, l'humidité relative (ou degré d'hygrométrie) de chaque couche reste constante, mais son humidité spécifique augmente (il y a plus de H2O à volume et pression identique). Comme H2O est un gaz à effet de serre, le bilan radiatif se trouve de nouveau déséquilibré : c'est une rétroaction positive, la principale dans les modèles actuels (travaux de Soden, Held et al.) A signaler : c'est essentiellement la vapeur d'eau en moyenne et haute troposphère qui joue comme rétroaction.

Voilà pour le mécanisme. Avant de voir sa mesure on peut le préciser si nécessaire.

Et j'ai une première question. L'évaporation est une rétroaction positive en raison de l'ES de la vapeur d'eau. Mais en même temps, l'évaporation est habituellement décrite dans les bilans énergétiques de la Terre comme un mode de refroidissement de la surface, puisque le flux de chaleur latente représente plus de 80 W/m2 (la chaleur sensible, ie la conduction, fait de son côté 20 W/m2). La chaleur latente, c'est justement celle de l'évaporation (qui consomme de l'énergie en surface) menant ensuite à la condensation en plus haute couche (qui libère de l'énergie "latente"). Comme la sensibilité climatique concerne spécifiquement la température de surface, dans quelle mesure l'énergie gagnée par l'ES n'est pas perdue par cette chaleur latente ? Ou autrement dit, dans quelle mesure le réchauffement ne doit-il pas avoir lieu en moyenne et haute couches, mais pas spécialement en surface (= Schéma de Lindzen depuis Lee/Suarez, reproduit plus haut) ?

[yves25]

Si on revient un peu sur la vapeur d'eau au-delà de Santer 2007, je pense qu'il faut d'abord rappeler le principe de base pour ceux qui l'ignorent.

Plus l'air est froid, moins il peut contenir de vapeur d'eau et inversement (relation de Clausius-Clapeyron). Donc, le forçage chauffe la surface et l'atmosphère, favorisant l'évaporation, le volume de vapeur d'eau s'accroît, l'humidité relative (ou degré d'hygrométrie) de chaque couche reste constante, mais son humidité spécifique augmente (il y a plus de H2O à volume et pression identique). Comme H2O est un gaz à effet de serre, le bilan radiatif se trouve de nouveau déséquilibré : c'est une rétroaction positive, la principale dans les modèles actuels (travaux de Soden, Held et al.) A signaler : c'est essentiellement la vapeur d'eau en moyenne et haute troposphère qui joue comme rétroaction.

C'est loin d'être nouveau: remonte plus loin: Manabe et Wetherald (1967).
Ce qui est essentiel pour en faire une rétroaction, c'est que cette augmentation de la quantité de vapeur d'eau tend à diminuer le flux IR sortant. Il y a donc bien en effet en retour. En l'occurence , il tend à amplifier l'effet initial et c'est donc une rétroaction positive.

Voilà pour le mécanisme. Avant de voir sa mesure on peut le préciser si nécessaire.

Et j'ai une première question. L'évaporation est une rétroaction positive en raison de l'ES de la vapeur d'eau. Mais en même temps, l'évaporation est habituellement décrite dans les bilans énergétiques de la Terre comme un mode de refroidissement de la surface, puisque le flux de chaleur latente représente plus de 80 W/m2 (la chaleur sensible, ie la conduction, fait de son côté 20 W/m2). La chaleur latente, c'est justement celle de l'évaporation (qui consomme de l'énergie en surface) menant ensuite à la condensation en plus haute couche (qui libère de l'énergie "latente"). Comme la sensibilité climatique concerne spécifiquement la température de surface, dans quelle mesure l'énergie gagnée par l'ES n'est pas perdue par cette chaleur latente ? Ou autrement dit, dans quelle mesure le réchauffement ne doit-il pas avoir lieu en moyenne et haute couches, mais pas spécialement en surface (= Schéma de Lindzen depuis Lee/Suarez, reproduit plus haut) ?

Je crois bien que tu assimiles température à la surface et température de la surface. Ce qui nous intéresse est la variation de température de la couche dans laquelle on vit mais l'évaporation refroidit bel et bien la surface et non pas directement la couche atmosphérique de surface.

En dépassant ce pb : la convection se charge de la relation entre température de l'atmosphère et température de la surface. L'atmosphère est chauffée par la surface essentiellement.
En première approximation, le gradient de température est constant et si tu as delta T à la surface, tu as delta T partout dans l'atmosphère.
Si tu y regardes de plus près, le gradient vertical diminue quand la quantité d'eau augmente (voir ce que meteor et moi disions plus haut) et donc le réchauffement atmosphérique est plutôt plus élevé (éventuellement d'une chouiette et c'est peut être bien ça le pb pour le détecter).

[invite78d2ef62]

C'est loin d'être nouveau: remonte plus loin: Manabe et Wetherald (1967).

Ca je sais, mais comme on essaie de poser le problème rétroaction à fond, je (re-)commence par la base histoire que tout le monde suive.

Je crois bien que tu assimiles température à la surface et température de la surface. Ce qui nous intéresse est la variation de température de la couche dans laquelle on vit mais l'évaporation refroidit bel et bien la surface et non pas directement la couche atmosphérique de surface.

Merci de la précision, c'est dans doute important.

En dépassant ce pb : la convection se charge de la relation entre température de l'atmosphère et température de la surface. L'atmosphère est chauffée par la surface essentiellement.
En première approximation, le gradient de température est constant et si tu as delta T à la surface, tu as delta T partout dans l'atmosphère.
Si tu y regardes de plus près, le gradient vertical diminue quand la quantité d'eau augmente (voir ce que meteor et moi disions plus haut) et donc le réchauffement atmosphérique est plutôt plus élevé (éventuellement d'une chouiette et c'est peut être bien ça le pb pour le détecter).

Si l'on part du principe que les données satellites (RSS comme UAH cette fois) et les données radiosondes sont correctes pour la période 1978-présent, on a un réchauffement deux fois moins important en troposphère tropicale qu'en surface, alors que les modèles convergent pour aboutir à un réchauffement deux fois plus important. Cela ne semble pas négligeable, puisque l'on approche les trente ans d'observations, avec une pente forte de réchauffement sur la période et un effet de serre présumé principal responsable de la pente. C'est donc quand même un cas de figure intéressant pour valider les modèles, d'autant que les phénomènes dont on parle sont immédiats (ie que la convection ajuste le gradient en temps réel). Le récent rapport de consensus sur la question des divergences tropo-surface (Thomas et al 2006) butait encore sur les observations tropicales comme les plus problématiques.

Thomas R. Karl, Susan J. Hassol, Christopher D. Miller, and William L. Murray (ed.) (2006), Temperature Trends in the Lower Atmosphere: Steps for Understanding and Reconciling Differences, Climate Change Science Program and the Subcommittee on Global Change Research, Washington (DC).

[yves25]

Si l'on part du principe que les données satellites (RSS comme UAH cette fois) et les données radiosondes sont correctes pour la période 1978-présent, on a un réchauffement deux fois moins important en troposphère tropicale qu'en surface, alors que les modèles convergent pour aboutir à un réchauffement deux fois plus important. Cela ne semble pas négligeable, puisque l'on approche les trente ans d'observations, avec une pente forte de réchauffement sur la période et un effet de serre présumé principal responsable de la pente. C'est donc quand même un cas de figure intéressant pour valider les modèles, d'autant que les phénomènes dont on parle sont immédiats (ie que la convection ajuste le gradient en temps réel). Le récent rapport de consensus sur la question des divergences tropo-surface (Thomas et al 2006) butait encore sur les observations tropicales comme les plus problématiques.

Thomas R. Karl, Susan J. Hassol, Christopher D. Miller, and William L. Murray (ed.) (2006), Temperature Trends in the Lower Atmosphere: Steps for Understanding and Reconciling Differences, Climate Change Science Program and the Subcommittee on Global Change Research, Washington (DC).

De quoi discutons nous? Des mécanismes? ou on essaie une fois de plus de faire dire à des observations incomplètes et pas assez précises, plus que ce qu'elles peuvent dire? Bon, peut être qu'il faut mélanger les deux pour garder un peu de piment à ma discussion, admettons!

Quand on parle comparaisons observations - modèles, il faut savoir de quoi on parle. La tendance dans un modèle est qq chose relativement facile à mettre en évidence tout simplement
(1) parce que les moyennes spatiales sont faites de facto de par la structure du modèle et
(2) parce que le modèle ne présente pas la variabilité haute fréquence que l'on trouve dans le système climatique.

Les observations satellitales sont, elles, totalement entâchées de ces deux pbs. Or, la rétroaction vapeur d'eau est forcément hétérogène, de même que la rétoaction lapse rate. On a donc immédiatement un bruit spatial et temporel énorme dont on cherche à faire émerger un signal faible.

A mon avis, le pb est encore davantage du côté des observations et c'est bien pour cela que je parlais de la nécessité d'utiliser des données nettement plus précises ce qui sera le cas avec les nouveaux sondeurs.

En outre, il y a un pb de cohérence entre le fonctionnement des modèles et les observations elles mêmes. En ce sens, utiliser des moyennes spatiales fabriquées à partir des observations n'est sans doute pas la meilleure méthode. Ce qu'on fait couramment dans les modèles de prévision , c'est assimiler directement les radiances observées par les satellites : en qq sorte le modèle calcule les radiances et ajuste le profil de température jusqu'à simuler au mieux la dépendance spactrale. De cette façon, les pbs de moyennes spatiales sont réglés. Je me demande s'il en est de même dans les comparaisons dont tu parles . Il faudrait , pour cela, qu'elles soient limitées à la période des réanalyses de Centre Européen (comme dans le papier de Santer et al). Si ce n'est pas le cas, on verra ça arriver un jour ou l'autre de toute façon.

Revenons en au fonctionnement de la rétroaction vapeur d'eau:
il ne faut pas s'imaginer que l'augmentation de la quantité d'eau est constante partout. C'est évidemment lié à l'activité convective. C'est donc spatialement hétérogène. Il en est de même du gradient de température: en réalité, à petite échelle, le gradient est de 10° par km partout sauf en présence de condensation . Dans ce dernier cas, il varie suivant la quantité de vapeur d'eau qui est condensée puisque c'est cela qui commande la libération de chaleur latente et donc le réchauffement relatif de la masse d'air.

[invite78d2ef62]

De quoi discutons nous? Des mécanismes? ou on essaie une fois de plus de faire dire à des observations incomplètes et pas assez précises, plus que ce qu'elles peuvent dire? Bon, peut être qu'il faut mélanger les deux pour garder un peu de piment à ma discussion, admettons!

On discute des rétroactions, mécanismes et mesures. Avant même d'avoir parlé des mécanismes, je te rappelle que tu as signalé Santer 2007 dont la compréhension demande quand même de savoir de quoi on parle (et qui, en terme de mesures, est assez court même si elles sont de qualité) Evidemment, on ne peut parler que des mesures qui confortent les modèles

Que la VE soit difficile à mesurer, c'est bien sûr exact. Mais en l'occurrence, je parlais ci-dessus des T, qui sont quand même mieux calibrées depuis trente ans d'observation satellitale et de calibration avec les radio-sondes (voir ci-après). Or, ces T ont bien à voir avec le mécanisme de la rétroaction VE sur la colonne verticale. D'après l'AR4 (pp. 633 et suivant), il n'y a pas vraiment débat pour la rétroaction VE sur les basses couches ni sur les régions de moyenne et haute latitudes, c'est au niveau des Tropiques que se concentre le débat depuis le TAR 2001.

Les observations satellitales sont, elles, totalement entâchées de ces deux pbs. Or, la rétroaction vapeur d'eau est forcément hétérogène, de même que la rétoaction lapse rate. On a donc immédiatement un bruit spatial et temporel énorme dont on cherche à faire émerger un signal faible.
A mon avis, le pb est encore davantage du côté des observations et c'est bien pour cela que je parlais de la nécessité d'utiliser des données nettement plus précises ce qui sera le cas avec les nouveaux sondeurs.

C'est possible en effet que le pb vienne de l'observation et non pas des modèles, ce ne serait pas une première.

De cette façon, les pbs de moyennes spatiales sont réglés. Je me demande s'il en est de même dans les comparaisons dont tu parles . Il faudrait , pour cela, qu'elles soient limitées à la période des réanalyses de Centre Européen (comme dans le papier de Santer et al). Si ce n'est pas le cas, on verra ça arriver un jour ou l'autre de toute façon.

Pour ce qui est du rapport Temperature Trends in the Lower Atmosphere de 2006, que je citais ci-dessus, il s'était basé sur la comparaison des radiosondes, des satellites MSU, des réanalyses NCEP/NCAR et ECMWF pour 1958-2004. C'était donc ce qu'on faisait de mieux en l'état actuel de précision des observations.

Pour la VE elle-même, je doute que les observations soient encore très robustes, le volume global de vapeur d'eau et sa répartition dans les couches de l'atmosphère sont évidemment des grandeurs très difficiles à mesurer comme tu le rappelles. Il existe des données radiosondes continues, mais incomplètes depuis les années 1940. Les meilleures données sont fournit par satellite depuis les années 1980, notamment le canal 6,7µm de MeteoSat et le capteur infrarouge HIRS de la Nasa.

La seule analyse globale sur une tendance dans l'humidité troposphérique vient à ma connaissance de Soden 2005, qui avait étudié les évolutions canaux MSU T2 minus T12 en ciel clair pour voir les variations de radiations spécifiquement dues à la VE. Je reproduis d'ailleurs ci-dessous les courbes obtenues pour 1982-2004.

Image : Soden et al, Science 2005.
Légende : An area-weighted projection of the zonal mean of the local trend in T2 – T12 (K/decade) for satellite observations (black) and GCM simulations (red). The corresponding trends in T2 – T12 for model-simulated radiances under the constraint of no moistening [green line (21)] and constant relative humidity moistening [red dashed line (21)] are also shown.

[yves25]

On discute des rétroactions, mécanismes et mesures. Avant même d'avoir parlé des mécanismes, je te rappelle que tu as signalé Santer 2007 dont la compréhension demande quand même de savoir de quoi on parle (et qui, en terme de mesures, est assez court même si elles sont de qualité) Evidemment, on ne peut parler que des mesures qui confortent les modèles

C'est exact, mea culpa donc.

Que la VE soit difficile à mesurer, c'est bien sûr exact. Mais en l'occurrence, je parlais ci-dessus des T, qui sont quand même mieux calibrées depuis trente ans d'observation satellitale et de calibration avec les radio-sondes (voir ci-après). Or, ces T ont bien à voir avec le mécanisme de la rétroaction VE sur la colonne verticale. D'après l'AR4 (pp. 633 et suivant), il n'y a pas vraiment débat pour la rétroaction VE sur les basses couches ni sur les régions de moyenne et haute latitudes, c'est au niveau des Tropiques que se concentre le débat depuis le TAR 2001.

Le pb reste vrai pour les températures de la haute troposphère. C'est plus une question de résolution verticale (fonction de poids trop large).

Pour la VE elle-même, je doute que les observations soient encore très robustes, le volume global de vapeur d'eau et sa répartition dans les couches de l'atmosphère sont évidemment des grandeurs très difficiles à mesurer comme tu le rappelles. Il existe des données radiosondes continues, mais incomplètes depuis les années 1940. Les meilleures données sont fournit par satellite depuis les années 1980, notamment le canal 6,7µm de MeteoSat et le capteur infrarouge HIRS de la Nasa.

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Le canal vapeur d'eau de a première génération de Meteosat était surtout intéressant qualitativement pour voir les grands structures de la vapeur d'eau dans la troposphère libre mais pas quantitativement si mes souvenirs sont bons. Je ne me souviens pas de tentative d'inversion à partir ce ce canal mais ça a pu m'échapper. Je parle de la premièer génération des Meteosat, le premier MSG (Meteosat Seconde Generation: Meteosat 8) a été mis sur orbite en 2002 et n'est opérationnel que depuis janvier 2004.

Pour ce qui est du papier de Soden (et toujours avec réserve) , il semble quand même conforter l'idée d'un comportement moyen assez proche de "humidité relative constante". Pour mémoire, c'est dans cette hypothèse que la rétroaction positive de la vapeur d'eau est maximum (on pourrait évidemment imaginer que l'humidité relative augmente mais personne ne s'y attend)

[invite78d2ef62]

Pour continuer à progresser sur la compréhension de la rétroaction vapeur d'eau, on peut essayer de commenter ce petit schéma extrait de l'analyse et intercomparaison Bony et al 2006 (un texte très riche sur la question, lien ci-après pour le télécharger).

Là, cela met en évidence la difficulté à modéliser la vapeur d'eau à cause des divers processus microphysiques et des patterns météorologiques, en l'occurrence les formations nuageuses, la pluviosité, la circulation méridienne Equateur > Pôle.

En abcisses, on va de l'Equateur vers le Pôle. En ordonnées, de la surface vers la stratosphère.

Le gros nuage blanc, ce sont les cumulonimbus caractéristiques des zones intertropicales à forte convection humide. Le petit nuage blanc à côté n'est pas commenté, je dirais que c'est la nébulosité en couche-limite (mais pas sûr, à confirmer). Les nuages gris, c'est l'activité cyclonique en moyenne et haute latitude, qui est due à des instabilités baroclines plutôt que convectives (à préciser aussi).

La fraction de VE qui restera dans l'atmosphère (et fera donc la rétroaction) est notamment déterminée par l'évaluation de la part d'H2O condensée qui finira en précipitation dans la zone ascendante (tropicales) et donc par celle encore disponible en plus haute altitude dans les branches subsidentes des cellules de Haldey (mais qui peut à nouveau se condenser, en cirrus par exemple, ou précipiter, mais là ce n'est pas clair pour moi). Je pense au moins que cela permet de mieux comprendre pourquoi Roy Spencer disait que les précipitations sont une variable-clé dans le calcul de la rétroaction. En tout cas, la bonne compréhension de ce schéma et des processus qu'il implique sera un préalable indispensable si l'on en vient par la suite à l'effet Iris de Lindzen.

En premier généralité, on voit que la rétroaction VE est non seulement associée à la rétroaction gradient thermique, mais aussi à la rétroaction nébulosité, les thèmes ne pouvant être compris / modélisés indépendamment.

Image : schéma extrait de Bony et al 2006, J Clim
Texte disponible (avec d'autres travaux sur les rétroactions) sur cette page :
http://www.atmos.ucla.edu/csrl/pub.html

[yves25]

Pour continuer à progresser sur la compréhension de la rétroaction vapeur d'eau, on peut essayer de commenter ce petit schéma extrait de l'analyse et intercomparaison Bony et al 2006 (un texte très riche sur la question, lien ci-après pour le télécharger).

Là, cela met en évidence la difficulté à modéliser la vapeur d'eau à cause des divers processus microphysiques et des patterns météorologiques, en l'occurrence les formations nuageuses, la pluviosité, la circulation méridienne Equateur > Pôle.

En abcisses, on va de l'Equateur vers le Pôle. En ordonnées, de la surface vers la stratosphère.

Le gros nuage blanc, ce sont les cumulonimbus caractéristiques des zones intertropicales à forte convection humide. Le petit nuage blanc à côté n'est pas commenté, je dirais que c'est la nébulosité en couche-limite (mais pas sûr, à confirmer). Les nuages gris, c'est l'activité cyclonique en moyenne et haute latitude, qui est due à des instabilités baroclines plutôt que convectives (à préciser aussi).

Le petit nuage blanc représente généralement les cumulus qui percent la couche limite mais ne développent pas. Les stratocumulus (nuages de la couche mimite sont davantage associés aux courants froids, cad qu'on ne les retrouve pas de façon systématique quand on fait une coupe pole - équateur comme celle ci. Les nuages gris représentent bien les formations nuageuses associées aux perturbations des latitudes moyennes.

En passant, ces derners nuages sont assez bien représentés dans les modèles parce qu'ils correspondent à un soulèvement de grande échelle (supérieur à la dimension de la maille des modèles)

La fraction de VE qui restera dans l'atmosphère (et fera donc la rétroaction) est notamment déterminée par l'évaluation de la part d'H2O condensée qui finira en précipitation dans la zone ascendante (tropicales) et donc par celle encore disponible en plus haute altitude dans les branches subsidentes des cellules de Haldey (mais qui peut à nouveau se condenser, en cirrus par exemple, ou précipiter, mais là ce n'est pas clair pour moi).

Attends, il ne faut pas se faire une image trop simpliste de la convection: dans la zone de convergence intertopicale, il y a alternance de régions de subsidence et de régions de convergence. En outre, la subsidence s'exerce souvent seulement au dessus de la couche limite planétaire (là, la turbulence est généralement assez forte pour pour générer un flux général faible mais ascendant)

Autre chose: les cirrus ne correpondent pas à une recondensation parce que si l'air descend (subsidence), il se réchauffe par compression adiabatique. Il n'est donc plus question de condensation.

D'ailleurs si tu prends le schéma de ta pièce jointe, tu vois que le petot cumulus blanc est bloqué dans son extension verticale par la subsidence justement.

Non, les cirrus sont les enclumes des cunimb qui se détachent et vivent leur vie une fois quel'orage a éclaté: le cunimb a crevé, il reste les cirrus qui persistent plus ou moins longtemps. On imagine d'ailleurs assez facilement que ces cirrus peuvent être plus ou moins épais en même temps que plus ou moins étendus et on va vite tomber sur l'un des aspects que Lindzen avait qq peu négligé en son temps (l'albédo des cirrus).

Précisément, il n'y a pas de différence entre l'effet d'iris de Lindzen et le thermostat de Spencer..

Les précip sont une variable clé évidemment parce que tu fais en qq sorte la différence entre flux d'évaporation et précipitation et il te reste (vapeur d'eau + eau condensée (celle des cirrus) ) , le tout étant transporté ou restant sur place après la fin de l'épisode convectif (ça revient au même).

[

[invite6f735bcb]

Pour les observations sattellite ça deviens quand même très très précis au niveau des température, au moins pour la mer. Envisat à plusieur spectro IR avec une précision de l'ordre de 1 à 0.5K avec la possibilité de detecter la présence de vapeur et de nuage qui fausserait les mesure , des calibration sur des sources coprs noires... (cf site de l'esa pour plus de détail). Même que pour la haute troposphère y'a pas mal de puissance. Plusieurs instruments (merris mipas ..http://earth.esa.int/object/index.cfm?fobjectid=3762) font des mesures assé fiables aujourd'hui.

[yves25]

On peut ouvrir une discussion là desus si tu veux mais rapidement
envisat n'est pas un satellite opérationnel mais expérimental et surtout nous parlons de tendances ce qui veut dire qu'il faut des mesures longues.

En fait, les instruments dont tu parles correspondent davantage à ce que j'appelle les instruments de nouvelle génération (MERIS = MODIS par exemple). et pour les profils MIPAS = AIRS ou son équivalent sur Metop), cad ceux qui devraient permettre d'avancer un peu mais il faut au moins le temps d'acquérir les données.

[invite78d2ef62]

Le petit nuage blanc représente généralement les cumulus qui percent la couche limite mais ne développent pas. (...)
Les précip sont une variable clé évidemment parce que tu fais en qq sorte la différence entre flux d'évaporation et précipitation et il te reste (vapeur d'eau + eau condensée (celle des cirrus) ) , le tout étant transporté ou restant sur place après la fin de l'épisode convectif (ça revient au même).

Merci des précisions. Pour continuer, je vais poser une question naïve : il y a beaucoup d'aérosols (naturels) dans l'atmosphère, l'évaporation est généralement accompagnée de convection au-dessus de la couche limite, donc pourquoi un surcroît de vapeur d'eau ne va-t-il pas d'abord se traduire par un surcroît de condensation, et de nébulosité ?

Pour le dire autrement, par quels processus les modèles aboutissent-ils dans leur grande majorité à une rétroaction positive des nuages (cf schéma de synthèse de l'AR4*), alors que le premier mécanisme venant à l'esprit est l'inverse (plus de VE, cela fait plus de nuages sur toutes les couches où la nucléation est possible) ?

(*) Consultable en début de discussion, sur ce post :
http://forums.futura-sciences.com/post1400134-8.html

[invite6f735bcb]

On peut ouvrir une discussion là desus si tu veux mais rapidement
envisat n'est pas un satellite opérationnel mais expérimental et surtout nous parlons de tendances ce qui veut dire qu'il faut des mesures longues.

En fait, les instruments dont tu parles correspondent davantage à ce que j'appelle les instruments de nouvelle génération (MERIS = MODIS par exemple). et pour les profils MIPAS = AIRS ou son équivalent sur Metop), cad ceux qui devraient permettre d'avancer un peu mais il faut au moins le temps d'acquérir les données.

Envisat à été lancé en 2004 donc les donnée devrait être utilisable non? Il remplace ERS1/2? Je comprend pas ce que tu dis par "expérimental". Les donnée ne sont pas encore utilisée? Pourtant entre les images des pôles et les incendies en californie on à de quoi faire avec...De plus ERS avaient aussi des instrument analogues très précis non? ..Bon c'est vrai que c'est un peut HS mais je c'est bizarre que ce satellite reste "expérimental". Quel en est la raison?

[yves25]

Un satellite opérationnel, c'est par exemple, Meteosat: on a prévu à l'avance les lancements qui permettront de maintenir la série et de ne pas faire de trou dans les observations. Du coup, on peut avoir des données sur 10 , 20 , 30 ans et commencer à voir la façon dont ça varie dans le temps.

Envisat (les ERS aussi) est une sorte de fusil à un coup destiné à étudier très finement des tas de choses mais il n'assure pas de longues séries. C'est ce que je voulais dire : un satellite destiné à faire des expériences mais pasq le suivi.

Le contexte de cette discussion est de savoir comment jouent les rétroactions dans le système climatique. On en est arrivé à discuter de la façon dont varie la température dans la haute troposphère ces dernières années. Pour cela, il faut des séries longues sinon, ça n'a aucun sens. Il nous faut , normalement 30 ans au moins. Ce n'est pas Envisat qui va nous les donner.
Il donne bien sûr des tas d'autres choses fort intéressantes.

[yves25]

Merci des précisions. Pour continuer, je vais poser une question naïve : il y a beaucoup d'aérosols (naturels) dans l'atmosphère, l'évaporation est généralement accompagnée de convection au-dessus de la couche limite, donc pourquoi un surcroît de vapeur d'eau ne va-t-il pas d'abord se traduire par un surcroît de condensation, et de nébulosité ?

Pour le dire autrement, par quels processus les modèles aboutissent-ils dans leur grande majorité à une rétroaction positive des nuages (cf schéma de synthèse de l'AR4*), alors que le premier mécanisme venant à l'esprit est l'inverse (plus de VE, cela fait plus de nuages sur toutes les couches où la nucléation est possible) ?

(*) Consultable en début de discussion, sur ce post :
http://forums.futura-sciences.com/post1400134-8.html

Bah, c'est assez évident ça: la condensation, c'est une affaire d'humidité relative. Si la température augmente et si l'humidité relative reste constante , l'humidité spécifique (cad la quantité de vapeur d'eau) peut augmenter.

Ta deuxième question est liée en ce sens que
1 pour obtenir les 100% d'HR, la masse d'air devra se refroidir un peu plus. Elle se refroidit par détente adiabatique en montant. Il faudra donc qu'elle monte un peu plus haut.
2 puisqu'il y a plus de vapeur d'eau, la libération de chaleur latente permet à la masse d'air de monter davantage (c'est un peu comme une montgolfière que l'on chaufferait un peu plus)

[yves25]

Continuons là dessus:

plus chaud => plus dévaporation et plus de teneur en eau dans l'atmosphère

En toute logique, cela transporte de la vapeur d'eau en altitude ça transporte aussi un peu plus d'air chaud un peu plus haut grâce à la chaleur latente disponible.

En conséquence, les hautes couches de l'atmosphère sont à la fois un peu plus opaques à cause de la vapeur d'eau et des nuages qui s'y forment et un peu plus chaudes.

Leur émission vers l'espace est donc renforcée en même temps qu'elles font davantage obstacle au rayonnement qui vient de la surface et des basses couches. L'effet de serre augmente donc et c'est ça la rétroaction positive de la vapeur d'eau et des nuages.

Qu'est ce qui pourrait empêcher ça?

Une seule solution: il faut empêcher l'eau de monter et donc la faire précipiter avant.

L'idée de la rétroaction négative par le convection est donc que l'augmentation de la quantité de vapeur d'eau en basses couches entraîne une augmentation des précipitations qui surcompense l'augmentation de la teneur en eau. Je dis bien "surcompense" parce que si ça ne fait que compenser ça ne donne pas une rétroaction négative, ça empêche la rétroaction positive dans les régions convectives. Bon, on peut, évidemment considérer les possibilités intermédiaires.

Avant de précipiter, il faut évidemment condenser. Cette condensation a lieu par soulèvement de la masse d'air etdétentre adiabatique donc refroidissement. La condensation a lieu autour des noyaux de condensation. A priori, c'est pas ça qui manque, la mer se chargeant de fournir des embruns qui finissent en aérosols. L'eau susceptible de se condenser se répartit sur les noyaux disponibles ce qui donne des gouttes qui présentent un spectre granulométrique avec qq gouttes plus grosses que les autres.

Les mouvement ascendants entraînent ces gouttes (toutes) vers le haut et leur taille augmente par diffusion de vapeur d'eau vers les gouttes et par les chocs entre gouttes. Quand elles montent assez haut elles restent surfondues un temps puis gèlent en masse et ça donne la grêle. A ce moment, elles sont trop lourdes par rapport aux mouvements ascendants et elles tombent et rencontrent les gouttes qui montent .

C'est comme ça que ça se passe. C'est donc là qu'il faut trouver la faille.

1 ere possibilité: le nb de noyaux de condensation est trop faible et les gouttes , dès le départ sont plus grosses. Il pleuvra plus vite. La variété des cunimbs actuels ne plaide pas trop en la faveur de cette hypothèse: il semble que ça ne soit pas un élément limitant.

2 eme possibilité: la convection est plus dynamique, dès le début les mouvements ascendants transportent des gouttes en altitude, celles ci gèlent et tombent plus vite et provoquent la croissance plus rapide des gouttes aux altitudes moyennes. En gros: tout va plus vite et c'est l'étalement des processus dans le temps qui compte.

Pour le moment, je ne vois pas trop d'autre possibilité. J'imagine que le 2e processus doit plus ou moins fonctionner mais est il significatif et surtout réellement puissant?

[invite0dd4f252]

Pour le moment, je ne vois pas trop d'autre possibilité. J'imagine que le 2e processus doit plus ou moins fonctionner mais est il significatif et surtout réellement puissant?

c'est un peu bizarre cette histoire de rétro négative qui surcompenserait l'ES du à la VE et aux nuages, car , enfin, lorsqu'on passe d'une zone de haute ou moyenne latitude à la zone tropicale on devrait déjà mettre en évidence quelque chose, non?

[yves25]

Oui, bien sûr.

On met , au moins en évidence, le fait que les précipitations sont plus violentes sous les tropiques mais, effectivement, ça n'empêche pas l'effet de serre d'y être plus efficace qu'aux hautes latitudes. Ceci dit, les régimes ne sont pas vraiment les mêmes:

près de l'équateur, c'est la convection qui l'emporte, les mouvements sont verticaux essentiellement et commandés par la thermodynamique de l'air humide

plus haut en latitude, la dynamique prend le relais et on ne peut plus séparer ascension d'air chaud et humide et advection horizontale. On doit pouvoir te rétorquer qu'il ne s'agit plus de convection.

Du coup, évidemment, ce qu'on fait, c'est rester dans la zone de convergence intertropicale et comparer l'intensité de la convection avec la température de la mer.

[invite0dd4f252]

Oui, bien sûr.

On met , au moins en évidence, le fait que les précipitations sont plus violentes sous les tropiques mais, effectivement, ça n'empêche pas l'effet de serre d'y être plus efficace qu'aux hautes latitudes. Ceci dit, les régimes ne sont pas vraiment les mêmes:

près de l'équateur, c'est la convection qui l'emporte, les mouvements sont verticaux essentiellement et commandés par la thermodynamique de l'air humide

plus haut en latitude, la dynamique prend le relais et on ne peut plus séparer ascension d'air chaud et humide et advection horizontale. On doit pouvoir te rétorquer qu'il ne s'agit plus de convection.

Du coup, évidemment, ce qu'on fait, c'est rester dans la zone de convergence intertropicale et comparer l'intensité de la convection avec la température de la mer.

ok je comprends qu'on ne puisse pas comparer.
Mais pour la zone tropicale, il y a tout de même des évènements qui pourraient nous donner une indication.
Bon si je prends El Nino 98 il concerne bien la zone Pacifique équatoriale.
Les SST ont augmenté, constituant ainsi un forçage, même s'il était issu de l'interne.
Je suppose que si un tel évènement a été analysé, on devrait y détecter la fameuse rétroaction négative, non?

[yves25]

En ce qui concerne le Nino 98, une petite recherche rapide sur scholar google
mène à ça
http://www.osti.gov/energycitations/...ti_id=15016559
(Lu, Dong, Cess et Potter, GRL 2004
Entre autres, ils utilisent les observations de ERB/CERES pour les flux TOA et de SAGE 3 pour l'altitude des nuages hauts. Ils utilisent aussi le modèle du Hadley Center pour simuler l'arrêt de la circulation de Walker et les changements dans la convection.

1 le modèle se débrouille pas trop mal
2 l'altitude des nuages les plus hauts baisse à l'ouest du Pacifique pendant El Nino. C'est bien ce à quoi on s'attend dans le schéma classique et c'est ce que le modèle simule. C'est dire que si il y a un effet lié aux précipitations , il ne semble pas qu'on le détecte pour le moment avec El Nino .

[invite0dd4f252]

OK merci.
il ne semble donc pas qu'avec une convection augmentée considérablement côté Pacifique-Est on observe un phénomène qui diminue l'épaisseur optique de l'atmosphère style, si j'ai bien compris, "iris de Lindzen" et qui permette une perte IR plus importante.

[yves25]

Pas comme ça en tout cas mais ce n'est pas exactement comparable puisque c'est sur la zone de convection profonde qu'il faut regarder.
Dans l'hypothèse de Linzen, là où la convection est profonde , l'accentuation de l'évaporation augmente les précip etc. C'est donc à l'ouest qu'il faut regarder me semble t il et là , ce qu'on voit , c'est dans le sens inverse: si la tempé diminue, l'altitude du sommet des nuages diminue mais on n'a pas regardé particulièrement les cirrus dans cette étude.

Disons qu'en moyenne, l'altitude du sommet des nuages diminue parce que la convection est moins forte mais ça on s'y attend.

En tout cas rien qui permette d'infirmer ou confirmer ça avec El Nino pour le moment.

[Ricquet]

Coucou !!

Bon, j'essaye de suivre, alors je m'en vais résumer ce que j'ai compris, histoire de me faire corriger si néccessaire.

1) L'augmentation des GES (CO2 et autres) ne devrait pas entrainer une augmentation de T° si forte que ça, toutes autres choses restant pareilles.
2) Mais, une légère augmentation de T° va entrainer une modification de concentration de H2O dans l'atmosphère (une augmentation en fait).
3) La vapeur d'eau dans l'atmosphère a, à la fois, un effet "chauffant" tant qu'elle reste un gaz, et un effet "refroidissant" quand elle devient nuage (albédo).
4) Et au final, l'idée c'est que la rétroaction est positive parce qu'il y aura plus de vapeur d'eau sous forme gazeuse (qui ralentit le flux sortant) mais pas plus de nuage (qui réfléchissent le flux entrant).

En gros, c'est ça ?

Cdt.